亚微米球形Y_(2)O_(3)粉体及其透明陶瓷的制备

Y_(2)O_(3)以其优良的物理化学性质和在280 nm~8μm宽频段内的高透明性,而广泛应用于激光介质或光学窗口等领域。制备高透明的Y_(2)O_(3)陶瓷是目前的研究热点和难点,而高质量的粉体是制备高透明Y_(2)O_(3)陶瓷的关键,尿素均相沉淀法以其爆发成核和均匀可控的阴离子释放机制成为制备单分散颗粒的主要方法。本工作以硝酸钇和尿素为原料,采用尿素均相沉淀法制备了单分散、亚微米级的球形Y_(2)O_(3)粉体。采用不同方法研究了Y_(2)O_(3)前驱体和煅烧后粉体的结构、物相演变和形貌。前驱体的颗粒尺寸约为330 nm,800℃煅烧2 h得到的Y_(2)O_(3)粉体尺寸约为260 nm。在800℃煅烧后即可得到纯相的Y_(2)O_(3)粉体,粉体呈球形,分散性好,且粒径均匀。以该Y_(2)O_(3)粉体为原料,添加原子分数0.3%的Nb_(2)O_(5)为烧结助剂,在1780℃通过真空无压烧结成功制备了透明Y_(2)O_(3)陶瓷。材料的光学性质优良,即样品(厚度1 mm)的直线透过率在1100 nm处达到76.9%,在400 nm处达到65.6%。本工作为制备性能优良的Y_(2)O_(3)透明陶瓷提供了一种新的方法。

制备Fe_(2)O_(3)/Mn_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)复合催化剂催化臭氧高效降解亚甲基蓝

本工作采用过量浸渍法制备了Fe_(2)O_(3)/Mn_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)复合型催化剂,并考察了其用于催化臭氧降解亚甲基蓝的催化能力。研究了Fe/Mn负载比、催化剂投加量、O3浓度和pH等对亚甲基蓝降解的影响。结果表明,Fe/Mn负载比为1:2,催化剂投加量为2g/L,O_(3)浓度为10mg/L以及pH为5.5时,对亚甲基蓝色度和COD的去除率较好,分别可达99.8%和79.85%。对比O_(3)氧化处理亚甲基蓝,分别提高了10%和40%。

原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料的性能研究

针对传统铝合金无法满足工业和民用中对高强高导铝合金需求的问题,开发一种提升铝合金表面硬度且保证其导电导热性能的新型铝基复合材料。通过机械合金化法制备了Al-TiO_(2)-B混合粉末,采用放热弥散结合接触反应技术成功原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料,探究了原始粉末Al-TiO_(2)-B体系反应生成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)颗粒混杂增强铝基复合材料的反应机理及反应温度对原位反应的影响,分析了铝基复合材料的微观组织形貌以及表面显微硬度和导电导热性能。XRD分析结果表明,反应温度达到1100℃保温200 min后,原始粉末Al-TiO_(2)-B体系中的TiO_(2)和B粉末完全反应,并且在反应过程中B粉抑制了中间产物Al3Ti和AlB2的生成,最终原位生成为Al_(2)O_(3)和TiB_(2)颗粒混杂增强的铝基复合材料。显微组织观察表明,在铝基体中原位生成了TiB_(2)颗粒(直径小于1μm)和Al_(2)O_(3)颗粒(粒径约为2μm),且铝基复合材料表面组织均匀致密。原位合成Al_(2)O_(3)/TiB_(2)混杂颗粒增强铝基复合材料的电导率为46.1%IACS,热导率约为198.5 W·m-1·K-1,显微硬度较传统A356铝合金的68 HV提升至76 HV,新型原位合成铝基复合材料在保证导电导热性能的前提下提升了铝基复合材料的显微硬度。

亚微米Al_2O_3颗粒表面稀土改性对Al基复合材料界面润湿性的影响

采用液相包裹法对亚微米Al2O3颗粒表面进行稀土氧化物Y2O3改性。通过表面改性前后颗粒增强Al基复合材料制备过程中,Al熔体在颗粒间渗透压力的变化,研究了颗粒表面Y2O3改性前后与Al熔体间界面润湿性的变化;同时利用真空座滴法对界面润湿性的变化进行了评定。结果表明:Al熔体在表面经Y2O3改性的Al2O3颗粒中的渗透压较改性前显著降低;颗粒表面改性后与Al熔滴间的接触角明显减少且与颗粒表面Y2O3包裹程度有关;说明颗粒表面经Y2O3改性后与Al基体间的润湿性得到了明显的改善,且6061Al较2024Al对Al2O3颗粒具有更好的润湿效果;其改善的主要原因是Y2O3与基体Al发生了界面反应,体系产生了反应润湿的结果。

亚微米Al_2O_3颗粒表面稀土改性及其对6061Al复合材料时效行为的影响

采用液相包裹法对亚微米Al2O3颗粒进行稀土表面改性,用挤压铸造法制备表面经稀土改性的Al2O3p/6061Al复合材料.对颗粒表面经稀土改性前后增强6061Al复合材料在不同温度下的时效析出行为进行分析研究.结果表明:改性后的亚微米Al2O3粉体颗粒表面Y2O3包裹均匀,其增强的复合材料在不同时效阶段的硬度值均较改性前有明显提高.且随着时效温度的升高,Mg2Si析出过程加快,时效峰提前,呈现出硬度值变小的趋势.透射电镜观察表明,表面改性颗粒增强的复合材料基体中存在一定量的位错和析出相;而改性前复合材料却呈现出位错和析出相极其稀少的组织特征.分析了改性前后复合材料时效组织形成的原因.

利用纳米AlN和亚微米Al_(2)O_(3)双相颗粒提高6061铝基复合材料的高温强度

为了提高6061铝基复合材料的高温性能,利用纳米AlN和亚微米Al_(2)O_(3)颗粒对其进行强化。由SEM和TEM表征结果可知,纳米AlN和亚微米Al_(2)O_(3)颗粒均弥散分布于铝基体中。布氏硬度测试结果表明,与传统6061铝合金不同,增强体颗粒明显加快了复合材料的时效动力学。经T6热处理的复合材料具有优异的室温和高温拉伸性能。特别是在350℃时,T6态的复合材料不仅具有121 MPa的屈服强度和128 MPa的抗拉强度,而且其伸长率高达11.6%。此外,还详细讨论纳米AlN和亚微米Al_(2)O_(3)颗粒的强化机制。

Al/Si复合粉包覆改性刚玉颗粒对Al_(2)O_(3)-C材料性能的影响

首先,以3~1 mm的板状刚玉颗粒,Al粉、Si粉质量比分别为4∶0、3∶1、2∶2的Al/Si复合粉,以及酚醛树脂-乙二醇混合液为原料,通过搅拌、180℃烘烤、解体制成Al/Si复合粉包覆改性板状刚玉颗粒。然后,按常规工艺制备Al_(2)O_(3)-C试样,检测试样的常温和高温性能,分析试样的物相组成和显微结构。结果表明:1)在Al_(2)O_(3)-C材料中加入Al/Si复合粉包覆改性刚玉颗粒,可提高材料的致密度、常温强度、高温强度、抗热震性和抗氧化性;Al/Si复合粉中Al粉、Si粉的质量比以3∶1最佳。2)改性板状刚玉颗粒表面的Al粉和Si粉填充在颗粒表面的凹陷处,提高了试样的成型致密度以及烘烤后和埋炭热处理后试样的致密度、强度和抗氧化性;高温埋炭热处理后,这些Al粉和Si粉反应生成AlN、Al_(4)C_(3)、SiC等非氧化物,增强了改性刚玉颗粒与基质的结合,提高了试样的抗热震性和强度。

超高频脉冲电流作用下纳米Al_(2)O_(3)颗粒对Mg-Gd-Y-Zr合金微弧氧化涂层的影响

目的进一步提高Mg-Gd-Y-Zr合金微弧氧化涂层的耐腐蚀性能。方法采用超高频微弧氧化技术在含有Al_(2)O_(3)纳米颗粒的溶液中制备了微弧氧化涂层。利用扫描电子显微镜(FESEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对微弧氧化涂层的表面形貌、截面形貌、成分和晶体结构进行分析。利用极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)测试了涂层的耐腐蚀性能。结果频率由0.5 kHz提升至20 kHz后,涂层表面放电孔洞面积由0.07~24.4μm^(2)降低至0.08~6.3μm^(2),涂层的孔隙率由6.47%减小至3.35%。Al_(2)O_(3)纳米颗粒的添加使超高频涂层表面形成大量自封闭孔洞结构,进而进一步降低了涂层表面的孔径面积(0.1~4.63μm^(2))和孔隙率(0.97%)。极化试验表明,提高频率至20 kHz,涂层的自腐蚀电流密度由4.7×10^(-6)A/cm^(2)降低至4.7×10^(-7)A/cm^(2),添加Al_(2)O_(3)纳米颗粒,涂层的自腐蚀电流密度进一步降低至1.7×10^(-7)A/cm^(2),表明其耐蚀性能显著提高。阻抗谱显示,20 kHz-Al涂层具有最大的阻抗,说明该工艺可有效提高微弧氧化涂层的耐蚀性能。结论超高频可有效降低放电孔洞尺寸,提高微弧氧化涂层的致密性,改善涂层的耐腐蚀性能。超高频与Al_(2)O_(3)纳米粒子的协同作用使涂层表面形成自封闭孔洞结构,进一步提高微弧氧化涂层的致密性和耐腐蚀性能。

亚微米级Al_2O_(3P)/2024Al复合材料的时效行为

选用0.3μm的Al2O3颗粒,制备了体积分数为30%的Al2O3P/2024Al复合材料。利用硬度测试,DSC测试,透射电镜等手段研究了亚微米Al2O3P/2024Al复合材料在160℃,175℃和190℃3种温度下的时效硬化行为。结果表明:亚微米Al2O3颗粒的加入使复合材料的硬度显著提高,但时效前后复合材料硬度提高的幅度较基体合金低得多。利用DSC和TEM对时效过程的综合分析表明,亚微米Al2O3颗粒的加入抑制了GP区的形成,提高了S’相的热扩散激活能,使S’相析出困难。表现为复合材料析出相的数量较少、尺寸较小。

亚微米Al_2O_(3P)/Al-Cu-Mg复合材料时效过程的DSC分析

运用DSC分析的手段研究了两种基体合金化的亚微米Al2O3P/Al-Cu-Mg复合材料的时效行为。Al-Cu-Mg合金中时效过程明显,改变Cu、Mg元素含量抑制了时效析出过程。复合材料中,添加亚微米Al2O3颗粒使得G.P.区受到完全抑制,亚稳相的时效析出变得困难;提高Cu含量,在一定程度上促进了复合材料的时效析出。

超声振动原位Al_(2)O_(3(p))/7075汽车零件合金组织与耐腐蚀性能研究

通过超声振动在7075合金中添加SiO_(2),原位生成Al_(2)O_(3)颗粒,利用X射线衍射仪(XRD)、自带能谱分析仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、浸泡腐蚀实验和电化学测试实验对合金的微观组织、物相组成和耐腐蚀性能进行分析。结果显示,超声振动和Al_(2)O_(3)颗粒的原位生成可以细化合金的微观组织,将团聚的Al_(2)O_(3)颗粒分散均匀,且Al_(2)O_(3)颗粒可作为异质形核的核心,提高形核率。超声态Al_(2)O_(3(p))/7075合金主要由Al、Al_(2)O_(3)、Al_(7)Cu_(2)Fe、Al_(2)CuMg、Mg_(2)Zn相组成。相比于7075合金,超声态Al_(2)O_(3(p))/7075合金的失重腐蚀速率和析氢腐蚀速率下降,白色腐蚀产物减少,点蚀和晶间腐蚀程度减弱,自腐蚀电位(E_(corr))和点蚀电位(E_(p))上升,腐蚀电流密度(I_(corr))下降。超声态Al_(2)O_(3(p))/7075合金耐腐蚀性能提升是微观组织细化导致的腐蚀速率减缓和Al_(2)O_(3)颗粒原位生成导致的腐蚀电位升高的协调作用。

助烧剂对微晶Al_(2)O_(3)刚玉磨料结构与性能的影响

采用溶胶-凝胶技术合成Al_(2)O_(3)刚玉前驱体,以SiO 2-MgO-CaO为烧结助剂,利用无压烧结技术制备微晶陶瓷刚玉磨料。研究了助烧剂成分、掺杂量对磨料微观结构和力学性能的影响。结果表明:MgO有助于片状晶的生成,CaO有助于等轴晶的生成,助烧剂成分的最佳物质的量比为n(SiO_(2))∶n(MgO)∶n(CaO)=2∶1∶2。晶粒尺寸随助烧剂掺杂量的增多而增大,单颗粒抗压强度和密度则先增大后减小,在掺杂量(质量分数)为2.0%时分别达到最大值43.6 N和3.92 g/cm^(3)。

Al_2O_3颗粒对SnAgCu焊点电迁移行为的影响

研究了在0.6×10~4A/cm^2电流密度下,A1_2O_3颗粒对Cu/SAC-A1_2O_3/Cu焊点基体组织及界面金属间化合物(IMC)层的影响规律。结果表明,SAC焊点组织随通电时间延长,由椭圆状转变为不规则的粗大块状,界面IMC层出现了显著的极化现象。SAC-A1_2O_3组织中共晶相仍呈近椭圆状弥散分布,无明显粗化现象,界面IMC层厚度也出现了极化现象,但相比于SAC焊点而言,极化程度较低。0.5wt%Al_2O_3的添加有助于提高Cu/SAC-Al_2O_3/Cu焊点抗电迁移可靠性。

热压制备的Al_2O_3颗粒增强铝基复合材料的研究

探讨了大气下用普通粉末冶金法热压制备Ａｌ＿２Ｏ＿３颗粒增强铝基复合材料的制备工艺研究了不同Ａｌ＿２Ｏ＿３含量铝基复合材料的显微组织、力学性能和磨损特性。结束表明：热压制备的Ａｌ＿２Ｏ＿３颗粒增强铝基复合材料的组织致密，颗粒分布均匀；随Ａｌ＿２Ｏ＿３体积百分含量的增加，复合材料的强度、硬度、弹性模量、磨损阻力均增加。还对其强化机制进行了讨论。

浅谈Al_(2)O_(3p)/钢铁基复合材料的研究现状及展望

陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料以其高强度和高韧性的特点,加上耐磨、耐蚀、耐热等性能,已然成为金属基复合材料重要的研究领域之一。文章对Al_(2)O_(3p)/钢铁基复合材料的研究现状进行梳理及概述,重点介绍了粉末冶金法、原位合成法、液态浸渗法等制备方法。针对复合材料界面主要有四种方法,一是在增强颗粒表面进行镀层;二是在基体中添加活化元素,使之能与增强颗粒发生反应;三是原位反应自生成增强相;四是给预制体中添加活化物质,用以促使基体与增强颗粒界面进行结合。通过对目前存在的问题及原因进行分析,并对未来的应用前景进行了展望。

(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料载流摩擦磨损行为

目的研究相同载流条件下纳米Al_(2)O_(3)颗粒、微米WC颗粒和SiC晶须对(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料表面摩擦磨损性能的影响。方法采用粉末冶金法和内氧化法相结合的方式,制备了(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料,并利用HST-100高速载流摩擦试验机进行载流摩擦磨损性能测试。采用透射电镜和扫描电镜观察复合材料的显微组织和载流摩擦磨损表面形貌。研究不同的增强相对(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料磨损性能的影响,分析其磨损机理。采用AUTOGRAPH AG-I 250 kN拉伸设备对试样进行拉伸,并分析抗拉强度与磨损性能的变化关系。结果(1WC+2SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的硬度和极限抗拉强度相较于Cu-Al_(2)O_(3)复合材料分别提高了20.2%和12.7%。(1WC+2SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的摩擦系数最小,为0.33,相对Cu-Al_(2)O_(3)复合材料降低了42.1%。(1WC+2SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料表面磨损形貌最为光滑,无大面积电弧烧蚀现象,犁沟数量少且浅。结论(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的磨损机理主要是粘着磨损、磨粒磨损和电弧烧蚀;纳米级Al_(2)O_(3)颗粒、微米级WC颗粒和SiC晶须三者协同强化铜基体,提高了复合材料的强度和硬度,从而降低了铜基复合材料的摩擦系数和磨损率。WC颗粒和SiC晶须采用合适质量配比时,可以有效地改善Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的磨损情况。

Sn−0.5Ag−0.7Cu−0.1Al_(2)O_(3)/Cu焊点的热可靠性

研究添加微量Al_(2)O_(3)纳米颗粒对Sn−0.5Ag−0.7Cu/Cu焊点热可靠性的影响。实验结果表明:添加微量Al_(2)O_(3)纳米颗粒可以将Sn−0.5Ag−0.7Cu/Cu接头的热时效特征寿命从662 h提高至787 h,将接头的热循环特征寿命从1597次提高至1824次。此外,添加Al_(2)O_(3)纳米颗粒可以减缓热服役期间剪切力的降低,这得益于Al_(2)O_(3)纳米颗粒的钉扎效应可以阻碍晶粒和金属间化合(IMCs)物的生长。理论上,等温时效过程中界面IMCs的平均生长系数由1.61×10^(−10) cm^(2)/h降至0.79×10^(−10) cm^(2)/h;热循环过程中界面IMCs的平均生长系数由0.92×10^(−10) cm^(2)/h降至0.53×10^(−10) cm^(2)/h。这表明,添加微量Al_(2)O_(3)纳米颗粒可以提高Sn−0.5Ag−0.7Cu/Cu接头的热时效和热循环可靠性,且热时效可靠性的提升效果较为明显。

镁合金表面Al_(2)O_(3)-MAO复合涂层的高温耐蚀性能研究

在电解液中添加纳米Al_(2)O_(3)颗粒,对AM60B镁合金表面进行微弧氧化,制备Al_(2)O_(3)-MAO复合膜层,并以不添加纳米Al_(2)O_(3)颗粒的情况下制备的单一MAO膜层为对照。在质量分数为3.5%的NaCl溶液中,分别在不同温度下进行开路电位、电化学阻抗谱、动电位极化曲线的电化学实验;利用光学显微镜观测试样腐蚀前后的宏观形貌;利用扫描电子显微镜(SEM)观测试样腐蚀前后的形貌;并结合能谱分析仪(EDS)测得氧化膜表面腐蚀前的元素;最后利用X射线衍射仪(XRD)测得氧化膜表面腐蚀前后的成分。结果表明:Al_(2)O_(3)-MAO复合膜层较MAO膜层更均匀且表面微孔更小。同温度下,Al_(2)O_(3)-MAO复合膜层较MAO膜层的耐腐蚀性更好;Al_(2)O_(3)-MAO复合膜层的耐蚀性随温度的升高而降低。

纳米Al_(2)O_(3)/7075铝基复合材料压缩性能与失效机制研究

采用高能球磨结合真空热压烧结工艺制备了高体积分数纳米Al_(2)O_(3)颗粒增强7075铝基复合材料,并研究了该复合材料的压缩性能和相应的变形与断裂失效机制。结果表明,添加高体积分数(15vol.%)纳米颗粒能够显著提高7075铝基复合材料的强度,屈服强度和抗压强度分别可达780 MPa和920 MPa,比7075铝合金分别提高150%和77%,失效应变可达6.46%。该复合材料的变形失效机制为局部剪切带在应力集中处形核并扩展形成微裂纹。该复合材料的断裂失效机制为:宏观上与加载方向呈45°的剪切脆性断裂,微观上为韧脆混合断裂模式。

冷热循环对微米Al_(2)O_(3)环氧复合绝缘介电性能的影响

为了探究高低温持续变化对电缆终端环氧复合绝缘的影响,本文制备了微米Al_(2)O_(3)/环氧复合绝缘试样,并对此进行了冷热循环实验。通过交流击穿、等温表面电位衰减和介电性能等测试分析了不同冷热循环次数下环氧复合绝缘试样的介电性能变化规律以及材料劣化机理。结果表明:在冷热循环过程中,环氧复合绝缘的交联网络在高温热老化和高低温交变应力的共同作用下逐渐发生劣化,填料逐渐脱离基体,试样内出现微裂纹和孔洞,自由体积不断增大,介电常数和击穿场强不断降低。其中,在经过750h的冷热循环后,试样的交流击穿场强下降了15.2%,深陷阱密度下降了41%,浅陷阱密度呈现上下波动的趋势,介质损耗因数(tanδ)先减小后小幅增大。